钢筋混凝土中钢筋腐蚀原理的研究

2020-11-27张博

商品与质量 2020年8期

张博

定西市水利水电勘测设计研究院甘肃定西 743000

近年来，城市化进程不断深入推进，使相关的各个方面对非常关注建筑材料。钢筋混凝土作为工程建设的主要材料，能够对建筑使用的安全性以及建筑的整体稳定性产生很大程度上的影响。混凝土与钢筋是该材料的主要构成材料，其具有很高的韧性以及强度，同时能够很好的展示出组成材料的粘接力，能够为工程结构的强度以及稳定性提供保障。但是近年来存在越来越严重的钢筋腐蚀情况，不但对材料的粘接力产生不良影响，还会不断降低构件的稳定性，使构件的破坏加速，不断的缩减钢筋混凝土的使用年限。

1 造成钢筋腐蚀的主要因素

通过对造成钢筋腐蚀的因素进行分析发现，主要两个方面的因素导致钢筋出现腐蚀，第一个方面是因为在电极反映下因电流交换而造成的腐蚀。第二个方面是因为扩散作用。前者包含非常广泛的范围，金属化学腐蚀是导致大多数钢筋腐蚀的主要因素，这种腐蚀也分两种状况，第一种是在腐蚀反应的过程中有水分、氧气参与，加快了腐蚀的速度。第二种是因为钢筋表层氧化膜破损，不能有效的保护钢筋。以下是钢筋腐蚀的主要因素表现：①氯盐使钢筋腐蚀加速。在钢筋混凝土施工中，氯盐这种材料比较关键，早期防冻是其主要作用。正常情况下氯化钙是氯盐的主要成分，钙离子与氯离子是该物质的主要成分，氯离子会与钢筋保护层中的氧化铁发生反应，会破坏钢筋的保护层。另外，如果过量的使用氯盐，会导致在短时间内混凝土出现干缩，增多裂缝的数量。加上氯盐能够吸湿，导致结构内部会吸收外界的水分、空气，进而使腐蚀更容易发生。②受裂缝的影响。混凝土出现裂缝是导致钢筋出现腐蚀的客观因素，导致部分钢筋失去混凝土的保护，直接与外部环境接触。使各类介质更容易进入构件内部，直接造成钢筋腐蚀[1]。③混凝土受到碳化作用的影响，在混凝土钢筋构件中碳化是无法避免的，因为氢氧化钙是构成混凝土的成分之一，它极易与二氧化碳发生反应，使混凝土出现碳化。另外，碳化会不断的向构件内部发展，导致钢筋的腐蚀程度不断加重。④应力的影响。应力会破坏钢筋表面的保护膜，活化裂缝。加上钢筋本身的拉应力较强，并且有的钢筋的可塑性较低，在应力以及腐蚀的复合作用下，会不断增加钢筋表面的裂缝，最终可能导致钢筋断裂，严重时会破坏整个混凝土构件[2]。

2 钢筋混凝土中钢筋的腐蚀原理

2.1 电化学腐蚀

钢筋腐蚀的主要因素就是电化学腐蚀，也是导致现在钢筋出现严重腐蚀的主要原因。电化学腐蚀必须满足两个条件。第一，需要电位差在钢筋表层形成。既不同区域的钢筋的电位区域相反，也就是有阴极以及阳极存在。第二，阴极部位必须能够自主完成一定数量电子的释放，进而形成整个电极反应。想要满足这一条件，必须有一定的氧气以及水分在阴极存在。所以，钢筋的电化学腐蚀在潮湿环境下更加容易发生。具体来讲，有三种电化学腐蚀：①析氢腐蚀。就是有氢气在反应中产生，这种腐蚀主要在酸性环境中出现。导致电子不断溶解阳极的铁，使氢离子中电离子丧失，变成氢气[3]。②各种介质的氧化还原反应。就是氧化剂在高电位发生反应时转变成共轭阴极反应，能够溶解金属。发生该反应会明显加快钢筋的腐蚀速度。

2.2 化学腐蚀

在应用钢筋的分子结构时，因为钢筋会与混凝土混合使用，而混凝土一般同碱性特质，从而使一层特殊的保护膜在钢筋表面形成，能够对钢筋起到保护的作用。因此这类化学反应只会对砼结构产生较小的影响。

2.3 应力腐蚀

应力腐蚀是由于应力以及电化学腐蚀的共同作用。经过研究发现，钢筋的材料、腐蚀介质以及应力水平等会影响钢筋应力腐蚀的强度。另外，化学腐蚀极易对钢筋产生作用，使腐蚀、不规则的坑洞在钢筋表面出现，同时，这些坑洞会因为受力不均匀，破坏钢筋的应力结构，不但会导致钢筋的使用寿命缩短，还会严重影响钢筋混凝土的质量，甚至会对使用者的生命安全产生威胁。

3 预防钢筋混凝土中钢筋腐蚀的措施

首先，需要施工人员对砼结构中水灰比比例进行精准把握，还应该规范的开展捣实工作，同时，应该使混凝土孔隙得到最大程度的降低，并且需要尽量杜绝外界介质与钢筋的接触；其次，为了防止氯离子不断产生，进而导致钢筋的氧化铁保护层遭到破坏，施工人员可以在早强剂的使用过程中，尽量降低其使用剂量以及使用次数；最后，施工人员需要确保钢筋砼结构的安全性以及稳固性，不但可以将能够发挥防腐作用的保护层添加在钢筋表面，还可以在密封性较好的涂层中放置钢筋砼结构表面，使空气、水分等介质的侵袭得到有效防止。

另外，比较常用的钢筋防腐方法还有阴极保护法。使用这种方法能够使钢筋的负向电流增加，导致钢筋电极电位出现负移，使钢筋表层的氯离子与脱钝的临界值相比，得到很大程度上的提升，能够发挥明显的防范电化学腐蚀的作用，使钢筋腐蚀得到有效避免。明确来说，外加电流法以及阳极牺牲法是该种保护方法的两种形式。外加电流法，主要是通过接通阳极与电流，接通负极与钢筋，使大量的电子在钢筋表面均匀分布，使钢筋腐蚀的情况得到避免。而阳极牺牲法将比钢筋材料化学性质更加活泼的金属作为阳极，而阴极就是钢筋整体，从而起到较好的保护作用。外加电流法虽然具有比较理想的效果，但是需要投入较高的成本，所以应用范围并不广泛。为了更好的保护钢筋，有效的预防腐蚀，现阶段也存在很多检测腐蚀钢筋的技术，为腐蚀钢筋的使用安全提供保障，如恒电量法、涡流探测法以及电阻棒法等。同时还存在较多的修复腐蚀钢筋的技术，如再碱化技术、电化学萃取以及补丁法等。在实际运用的过程中，施工人员需要结合钢筋受力特点、施工环境等因素，对各个修复技术以及检测方法的使用价值进行权衡，选择最佳的方法。